Báo hiệu số 7 trong mạng NGN luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
---------------------

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

BÁO HIỆU SỐ 7 TRONG MẠNG NGN

Người hướng dẫn

: ThS. ĐẶNG THÁI SƠN

Sinh viên thực hiện :

NGUYỄN HỮU PHÚC

Lớp

47K-ĐTVT

:

Vinh, 5/2011
1


MỞ ĐẦU
Ngày nay, trong ngành công nghiệp viễn thông đang diễn ra sự hội tụ

của viễn thông với công nghệ thông tin, hội tụ của các dịch vụ thoại truyền
thống và các dịch vụ dữ liệu mới. Điều này đòi hỏi mạng viễn thông phải có
cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử
dụng, hiệu quả khai thác cao, dễ phát triển... Để đáp ứng các yêu cầu này, một
số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn
thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ sau NGN.
Trước xu hướng tự do hoá thị trường, cạnh tranh và hội nhập, việc phát
triển theo cấu trúc mạng thế hệ sau (NGN) với các công nghệ phù hợp là bước
đi tất yếu của viễn thông thế giới và mạng viễn thông Việt Nam. Trên thực tế,
VNPT đang từng bước triển khai hạ tầng cơ sở kỹ thuật và đã bước đầu cung
cấp một số dịch vụ NGN cho người sử dụng.
Việc xây dựng mạng báo hiệu giữa các phần tử trong mạng với các giao
thức mới phù hợp là một vấn đề then chốt quyết định đến sự hoạt động và
chất lượng dịch vụ của toàn bộ mạng. Trong nhiều năm qua, hệ thống báo
hiệu số 7 (SS7) với nhiều ưu điểm nổi bật đã được sử dụng rộng rãi trong
mạng PSTN và đem lại những hiệu quả to lớn. Với thực tế là chúng ta không
thể triển khai ngay lập tức một hệ thống mạng mới trọn vẹn, thay thế toàn bộ
hạ tầng cơ sở mạng hiện tại, vấn đề đặt ra là phải có sự phối hợp hoạt động
giữa mạng hiện tại và mạng NGN, và một trong những vấn đề đó là phải
truyền tải được báo hiệu PSTN mà quan trọng là SS7 qua nền tảng mạng
NGN. Điều này có nghĩa là phải xây dựng một giao thức mới, phù hợp để có
thể cho phép thực hiện báo hiệu SS7 giữa các phần tử mạng trên nền IP (SS7
over IP).
Xuất phát từ định hướng này em chọn đề tài nghiên cứu " Báo hiệu số 7
trong mạng NGN " làm đồ án tốt nghiệp.

2


Quá trình nghiên cứu và làm đề tài, thời gian không có nhiều, cũng như

khả năng của bản thân có hạn, chắc chắn đồ án không tránh khỏi những sai
sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa thoả đáng, cần được xem xét thấu đáo
hơn. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo cùng sự đóng
góp ý kiến của các bạn giúp em hoàn thiện đồ án tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn ThS. Đặng Thái Sơn đã tạo mọi điều kiện
giúp đỡ và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện tử - Viễn thông đã
có những ý kiến đóng góp và giúp đỡ em trong thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên:
Nguyễn Hữu Phúc

3


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nội dung tìm hiểu của đồ án gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về mạng NGN
Giới thiệu tổng quan về mạng NGN, khái niệm, kiến trúc, đưa ra mô
hình NGN cũng như những vấn đề cơ bản để kết nối báo hiệu mạng PSTN và
mạng NGN.
Chương 2. Hệ thống báo hiệu số 7
Trình bày khái quát những vấn đề cơ bản về hệ thống báo hiệu số 7: đặc
điểm, ưu điểm, các thành phần mạng, chồng giao thức….
Chương 3. Truyền tải báo hiệu số 7 trong mạng NGN
Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về chồng giao thức SIGTRAN
và giao thức truyền tải báo hiệu mới SCTP. Trình bày chi tiết về các giao thức
nằm trong phân lớp thích ứng hỗ trợ truyền tải báo hiệu SS7 qua mạng NGN,
đó là: M2PA, M2UA, M3UA, SUA.

PROJECT SUMMARY
Learn the contents of the project includes three chapters:
Chapter 1. Overview of NGN
Overview of NGN, concept, architecture, NGN given model as well as
the basics to connect PSTN signaling network and NGN.
Chapter 2. Signalling System No. 7
Outline the basics of signaling system No. 7: The characteristics and
advantages, network components, protocol stack ....
Chapter 3. Transmit signals of 7 in the NGN
In this chapter we will explore the SIGTRAN protocol stack and
transmission protocol SCTP new signal. Presented details of the protocols are
in layered adaptive transmission support SS7 over NGN, namely: M2PA,
M2UA, M3UA, SUA.
4


MỤC LỤC
Mở đầu...............................................................................................................1
Tóm tắt đồ án.....................................................................................................3
Mục lục..............................................................................................................4
Danh sách các hình vẽ.......................................................................................6
Danh sách các bảng biểu...................................................................................7
Các thuật ngữ và từ viết tắt................................................................................8
Chương 1. Tổng quan về mạng NGN..............................................................10
1.1. Giới thiệu về mạng NGN.....................................................................10
1.1.1. Khái niệm......................................................................................10
1.1.2. Đặc điểm của NGN.......................................................................11
1.1.3. Kiến trúc của mạng NGN..............................................................12
1.1.4. Các thành phần chính của mạng NGN..........................................14

1.2. Kết nối giữa mạng NGN và mạng PSTN truyền thống........................17
1.2.1. Sơ lược về báo hiệu trong PSTN...................................................18
1.2.2. Báo hiệu trong mạng IP................................................................19
1.2.3. Kết nối báo hiệu giữa mạng PSTN và mạng IP............................20
1.3. Kết luận................................................................................................21
Chương 2. Hệ thống báo hiệu số 7.................................................................22
2.1. Giới thiệu chung về báo hiệu và hệ thống báo hiệu số 7......................22
2.2. Cấu trúc hệ thống mạng báo hiệu số 7.................................................24
2.2.1. Các thành phần chính của mạng báo hiệu số 7............................24
2.2.2. Các kiểu kiến trúc báo hiệu...........................................................27
2.2.3. Các bản tin báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7...........................27
2.3. Chồng giao thức báo hiệu số 7.............................................................30
2.3.1. Phần truyền bản tin MTP..............................................................32
2.3.2. Các chức năng người sử dụng MTP..............................................34
2.3.3. Người sử dụng SS7 (SS7 Users)....................................................37
5


2.3.4. Các phần ứng dụng INAP, MAP, OMAP......................................38
2.4. Ví dụ về thiết lập cuộc gọi đơn giản sử dụng hệ thống báo hiệu số 7..42
2.5. Kết luận................................................................................................44
Chương 3. Truyền tải báo hiệu số 7 trong mạng NGN...................................45
3.1. SIGTRAN.............................................................................................45
3.1.1. Giới thiệu khái quát về SIGTRAN.................................................45
3.1.2. Các kiến trúc sử dụng SIGTRAN...................................................46
3.1.3. Kiến trúc giao thức SIGTRAN.......................................................48
3.1.4. Các yêu cầu về chức năng đối với SIGTRAN...............................49
3.1.5. Các yêu cầu về bảo mật trong SIGTRAN......................................51
3.2. Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP......................................51
3.2.1. Khái niệm SCTP............................................................................51

3.2.2. Sự phát triển của SCTP.................................................................52
3.2.3. Các chức năng của SCTP..............................................................53
3.2.4. Khuôn dạng gói tin SCTP..............................................................55
3.2.5. Cơ chế phân phát dữ liệu trong SCTP..........................................57
3.2.6. Cơ chế node đa địa chỉ của STCP (Multi Homed Node)..............58
3.3. Các giao thức thích ứng truyền tải báo hiệu số 7 trong mạng NGN....59
3.3.1. Giao thức lớp thích ứng ngang hàng người sử dụng phần truyền
bản tin mức 2 của SS7 (M2PA)...............................................................59
3.3.2. Giao thức lớp thích ứng người sử dụng phần truyền bản tin
mức 2 của SS7 (M2UA)..........................................................................63
3.3.3. Giao thức lớp thích ứng người sử dụng phần truyền bản tin
mức 3 của SS7 (M3UA)..........................................................................66
3.3.4. Giao thức lớp thích ứng người sử dụng SCCP (SUA)..................71
3.4. kết luận.................................................................................................78
Kết luận và hướng phát triển đề tài.................................................................79
Tài liệu tham khảo...........................................................................................80

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mạng thế hệ sau NGN....................................................................11
Hình 1.2. Kiến trúc mạng NGN.....................................................................13
Hình 1.3. Các thành phần chính của mạng NGN...........................................14
Hình 2.1. Các thành phần của mạng báo hiệu số 7........................................24
Hình 2.2. Các tuyến báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7................................26
Hình 2.3. Khuôn dạng các bản tin SS7...........................................................28
Hình 2.4. Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7........................................31
Hình 2.5. Kiến trúc chồng giao thức báo hiệu số 7 trong tương quan
với mô hình OSI..............................................................................................31

Hình 2.6. Cấu trúc bản tin ISUP SIF...............................................................35
Hình 2.7. Chức năng của SCCP......................................................................35
Hình 2.8. Cấu trúc bản tin SCCP SIF..............................................................37
Hình 2.9. Ví dụ thiết lập cuộc gọi đơn giản sử dụng SS7...............................42
Hình 3.1. Kiến trúc chức năng SIGTRAN.....................................................46
Hình 3.2. Các ví dụ thực thi SIGTRAN.........................................................47
Hình 3.3. Báo hiệu TCAP over IP..................................................................48
Hình 3.4. Kiến trúc giao thức SIGTRAN.......................................................49
Hình 3.5. Các chức năng của SCTP...............................................................53
Hình 3.6. Khuôn dạng gói tin SCTP..............................................................55
Hình 3.7. Khuôn dạng tiêu đề chung SCTP...................................................56
Hình 3.8. Khuôn dạng chuk SCTP.................................................................56
Hình 3.9. Kiến trúc ngang hàng đối xứng M2PA...........................................60
Hình 3.10. Kiến trúc M2PA trong SG............................................................60
Hình 3.11. Kiến trúc M2UA trong SG...........................................................63
Hình 3.12. Ví dụ về SG được phân chia về mặt logic trong hai mạng...........69
Hình 3.13. Kiến trúc giao thức cho truyền tải không kết nối.........................73
Hình 3.14. Kiến trúc giao thức cho truyền tải hướng kết nối.........................73
Hình 3.15. Kiến trúc toàn IP...........................................................................74
7


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Tổng hợp một số so sánh giữa M2PA và M2UA...........................66
Bảng 3.2. Tổng hợp một số so sánh giữa M3UA và SUA.............................77

8


CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

Thuật
ngữ
AAL
ACK
ACM
ANM
API
APM
ASP
AT
ATM
BICC
CIC
CS
DSP
ETSI
GGSN
GUI
HTTP
IAM
ID
IDD
IETF
IN
INAP
IP
ISDN
ISUP
ITU
LEX

MFC

Tiếng Anh
ATM Adaptation Layer
Acknowledgement
Address Complete Message
Answer Message
Application Programming
Interface
Application Transport
Mechanism
Application Server Process
Access Tandem
Asynchronous Transfer Mode
Bearer Independent Call
Control
Circuit Identification Code
Capability Set
Digital Signal Processing
European Telecommunications
Standard Institute
Gateway GPRS Support Node
Graphical User Interface
HyperText Transfer Protocol
Initial Address Message
Identifier
Interface Identifier
Internet Engineering Task
Force
Intelligent Network

Intelligent Network
Application Part
Internet Protocol
Integrated Services Digital
Network
ISDN User Part
International
Telecommunications Union
Local Exchange
Multi Frequency Code

Tiếng Việt
Lớp thích ứng ATM
Bản tin xác nhận gói (SS7)
Bản tin hoàn thành địa chỉ (SS7)
Bản tin trả lời (SS7)
Giao diện chương trình ứng dụng
Cơ chế truyền dẫn ứng dụng
Tiến trình server ứng dụng
Tổng đài truy nhập
Phương thức truyền không đồng bộ
Giao thức điều khiển cuộc gọi độc
lập kênh mang
Mã nhận dạng kênh (SS7)
Tập năng lực
Bộ xử lý tín hiệu số
Viện chuẩn hoá viễn thông châu Âu
Node hỗ trợ GPRS cổng
Giao diện người dùng đồ hoạ
Giao thức truyền tải siêu văn bản

Bản tin khởi tạo địa chỉ (SS7)
Nhận dạng
Nhận dạng giao diện
Nhóm kỹ thuật Internet
Mạng thông minh
Phần ứng dụng của mạng thông
minh
Giao thức Internet
Mạng số đa dịch vụ tích hợp
Phần người dùng ISDN
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Tổng đài nội hạt
Mã đã tần
9


MG
MGC

Media Gateway
Media Gateway Controller

MGCP Media Gateway Controller
Protocol
MGU Media Gateway Unit
MPLS Multi-Protocol Label
Switching
NAS
Network Access Servers
NGN

Next Generation Network
OAM Operation Administration and
Maintenance
PBX
Private Branch Exchange
POTS Plain Old Telephone System
PRI
Primary Interface
PSTN Public Switched Telephone
Network
QoS
RFC
RGW
RLC
SCN
SCF
SDH
SG
SGP
SGSN
SGU
SIP
SRF
SRP
SS7
SSF
STP
TCAP
TCP
TDM

VNPT

Quality of Service
Request For Common
Resident Gateway
Release Complete
Switched Circuit Network
Service Control Function
Synchronous Digital
Hierarchy
Signalling Gateway
Signalling Gateway Process
Serving GPRS Support Node
Signalling Gateway Unit
Session Initiation Protocol
Specialised Resource Function
Special Resource Point
Signalling System number 7
Service Switching Function
Signalling Transfer Point
Transaction Capabilities
Application Part
Transfer Control Protocol
Time Division Multiplex
VietNam Posts and
elecommunications

Cổng phương tiện
Thiết bị điều khiển cổng phương
tiện

Giao thức điều khiển cổng phương
tiện
Đơn vị cổng phương tiện
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Các máy chủ truy nhập mạng
Mạng thế hệ sau
Vận hành khai thác và bảo dưỡng
Tổng đài nhánh nội hạt
Hệ thống điện thoại truyền thống
Giao diện cơ bản
Mạng thoại chuyển mạch công
cộng
Chất lượng dịch vụ
Các chuẩn của IETF
Gateway nội hạt
Hoàn thành giải phóng cuộc gọi
Mạng chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển dịch vụ
Phân cấp số đồng bộ
Cổng báo hiệu
Tiến trình cổng báo hiệu
Node hỗ trợ GPRS đang phục vụ
Đơn vị cổng báo hiệu
Giao thức khởi tạo phiên
Chức năng tài nguyên đặc biệt
Điểm tài nguyên đặc biệt
Hệ thống báo hiệu số 7
Chức năng chuyển mạch dịch vụ
Điểm chuyển tiếp báo hiệu
Phần ứng dụng khả năng phiên

Giao thức điều khiển truyền tải
Ghép kênh phân chia theo thời gian
Tổng công ty bưu chính viễn thông
Việt Nam
10


VoIP

Voice over Internet Protocol

Truyền thoại qua giao thức Internet

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
Ngày nay, chúng ta đang chứng kiến sự thay đổi mang tính cách mạng
trong thị trường dịch vụ thông tin. Các kênh thông tin trong mạng viễn thông
hiện đại không chỉ còn mang thông tin thoại truyền thống mà còn truyền tải cả
số liệu, video, tin nhắn... Thông tin thoại, số liệu, fax, video và các dịch vụ
khác đang được cung cấp tới các thiết bị đầu cuối là điện thoại, thiết bị di
động, máy tính cá nhân... và hàng loạt các thiết bị khác. Lưu lượng thông tin
số liệu ngày nay đã vượt xa lưu lượng thông tin thoại và vẫn không ngừng
tăng lên. Chuyển mạch kênh, vốn là đặc trưng của mạng PSTN truyền thống
đã không còn thích hợp nữa và đang nhường bước cho hệ thống chuyển mạch
mới trong mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network).
Tuy nhiên, vì các lý do kỹ thuật và kinh tế mà hạ tầng mạng PSTN
truyền thống không thể bị thay thế một cách tức thì, vì thế mạng NGN phải
được tính đến sự tương thích với môi trường của các mạng có sẵn. Trong quá
trình phát triển, vốn đầu tư sẽ dần dịch chuyển từ hạ tầng mạng chuyển mạch
kênh hiện nay sang hạ tầng mạng thế hệ sau.

1.1. Giới thiệu mạng NGN
1.1.1. Khái niệm
Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung
cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến
lược phát triển NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể và chính xác
nào cho mạng NGN. Do đó định nghĩa mạng NGN nêu ra ở đây không thể
bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể là khái niệm
tương đối chung nhất khi đề cập đến NGN.
Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển
mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới
11


(NGN) ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ
chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng,
đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động [3].

Hình 1.1. Mạng thế hệ sau NGN
Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ sau là sự tích hợp mạng thoại
PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên
kỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN
đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có
thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN. Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là
sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và
công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động.
1.1.2. Đặc điểm của NGN
Mạng NGN có 4 đặc điểm chính :
+ Nền tảng là hệ thống mạng mở:
- Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần
tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, và

phát triển một cách độc lập.
12


- Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu
chuẩn tương ứng.
+ Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực
hiện độc lập với mạng lưới.
Mạng NGN là mạng dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm :
- Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi
- Chia tách cuộc gọi với truyền tải
Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với
mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ.
Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan
tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc
cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao.
+ Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống
nhất.
Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay
mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng
để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự
phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn
thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp
trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là
“dung hợp ba mạng”. Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều
có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có
được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ
sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia [3].
+ Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày
càng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.

1.1.3. Kiến trúc của mạng NGN
Kiến trúc của mạng NGN được chia thành 4 lớp chức năng cơ bản là:
- Lớp ứng dụng và dịch vụ
13


- Lớp điều khiển
- Lớp truyền tải
- Lớp truy nhập
Ngoài các lớp cơ bản nêu trên, trong kiến trúc mạng NGN cũng như các
mạng nói chung còn có lớp chức năng quan trọng nữa là lớp quản lý mạng.
Lớp ứng dụng/dịch vụ (Application/service)
Lớp

quản
lý(m
anag
er)

ice)
Lớp chuyển tải (Media)

n
lý

/ser

tio (Control)
Lớp điều khiển

Lớp truy nhập (Access)

Hình 1.2. Kiến trúc mạng NGN
Dưới đây sẽ mô tả khái quát chức năng và đặc trưng của các lớp trong
kiến trúc mạng NGN
+ Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng
Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng được tổ chức thành một lớp duy nhất cho
toàn mạng nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ đến tận nhà thuê bao một cách
thống nhất. Số lượng nút ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào lưu lượng dịch
vụ cũng như số lượng và loại hình dịch vụ, được tổ chức phân tán theo dịch
vụ đảm bảo an toàn hệ thống. Lớp này được liên kết với lớp điều khiển thông
qua các giao diện mở.
+ Lớp điều khiển
Lớp điều khiển được tổ chức thành 1 cấp thay vì 3 – 4 cấp như cấu trúc
mạng PSTN truyền thống nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực
xử lý cuộc gọi rất lớn của thiết bị điều khiển thế hệ mới, giảm chi phí đầu tư
trên mạng.
Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp chuyển tải và lớp truy nhập
cung cấp các dịch vụ mạng NGN gồm nhiều modun như modun điều khiển
14


kết nối ATM, MPLS, điều khiển định tuyến IP, điều khiển kết nối thoại, xử lý
các báo hiệu mạng bao gồm SS7, SIP, MEGACO...
+ Lớp chuyển tải
Lớp chuyển tải phải có khả năng chuyển tải các loại lưu lượng như
ATM, IP.. Lớp chuyển tải được tổ chức thành hai cấp: đường trục quốc gia và
vùng thay vì 3-4 cấp như trong mạng PSTN hiện nay.
+ Lớp truy nhập
Lớp truy nhập gồm toàn bộ các nút truy nhập được tổ chức không phụ

thuộc theo địa giới hành chính. Các nút truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ
được kết nối đến nút chuyển mạch đường trục của vùng đó qua các nút
chuyển mạch nội vùng.
+ Lớp quản lý
Lớp quản lý mạng là phần thiết bị quản lý mạng tập trung xuyên suốt tất
cả các lớp khác. Lớp này thực hiện các chức năng quản lý như tính cước, hỗ
trợ vận hành, các xử lý liên quan tới thuê bao hay cung cấp dịch vụ tới khách
hàng. Lớp quản lý mạng có thể tương tác với các lớp khác thông qua các giao
diện chuẩn hay giao diện lập trình ứng dụng mở API.
1.1.4. Các thành phần chính của mạng NGN
ApplicationServe /
Feature Server
Media Gateway
Controller

Media Server

Media Gateway
Controller

Signaling Gateway

SS7

Media Gateway
Controller

Media Gateway

Non IP

networ
k

PSTN
TDM/ATM

IP
networ
k

Hình 1.3. Các thành phần chính của mạng NGN
15


Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan
tâm, nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự
khác biệt của NGN so với mạng viễn thông truyền thống. Cụ thể là :
+ Media Gateway (MG)
Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ
liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ
liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói,
mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một
bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng :
chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ
khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF…
Một số chức năng chính của một Media Gateway :
- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol)
- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway
Controller (MGC).
- Quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.

+ Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch)
MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật
xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG
thiết lập và kết thúc cuộc gọi.
MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như
PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu
qua các mạng khác nhau. Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều
khiển các bản tin .
Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho
Softswitch.
Các chức năng của Media Gateway Controller
16


- Quản lý cuộc gọi
- Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại: H.323, SIP
- Giao thức điều khiển truyền thông: MGCP, Megaco, H.248
- Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ
- Giao thức quản lý SS7: SIGTRAN (SS7 over IP)
- Xử lý báo hiệu SS7
- Thực hiện định tuyến cuộc gọi
- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call
Detail Record)
- Điều khiển quản lý băng thông
- Đăng ký Gatekeeper
+ Signaling Gateway (SG)
Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với
mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC).
SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu
SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.

Các chức năng chính của Signaling Gateway:
- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu.
- Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và
Signaling Gateway thông qua mạng IP.
- Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu
khác. (Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway).
- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn
thông.
+ Media Server (MS)
Media Server là thành phần tuỳ chọn của Softswitch, được sử dụng để
xử lý các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP
với hiệu suất cao nhất.
Các chức năng chính của một Media Server :
17


- Chức năng voicemail cơ bản.
- Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các
bản tin ghi âm trước (pre-recorded message).
- Khả năng nhận dạng tiếng nói (nếu có).
- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).
- Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)
+ Application Server (Feature Server)
Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ
của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương
mại. Vì hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua
mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswith về việc phân chia
hay nhóm các thành phần ứng dụng.
Chức năng của Feature Server là xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông
số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch [3].

1.2. Kết nối giữa mạng NGN và mạng PSTN truyền thống
Chúng ta thấy rằng mạng NGN sẽ mang lại cho khách hàng nhiều dịch
vụ mới với tính linh hoạt và đa dụng cao hơn. Tuy nhiên, khách hàng cũng
đòi hỏi các dịch vụ mới trên nền NGN phải đáp ứng được QoS và các đặc tính
của một mạng thông minh như họ đã có ở mạng PSTN như độ tin cậy, độ khả
dụng, an toàn và chất lượng dịch vụ. Có thể nhận thấy rằng, hạ tầng mạng
PSTN truyền thống không thể bị thay thế một cách tức thì, vì thế mạng NGN
phải được tính đến sự tương thích với môi trường của các mạng có sẵn. Do
vậy, việc kết nối giữa mạng NGN và mạng PSTN truyền thống là một vấn đề
cần quan tâm.
Để đáp ứng các yêu cầu của thị trường thì phải có một kiến trúc báo hiệu
mới cho phép người sử dụng có thể tiếp cận với các đặc điểm tích cực của cả
hai mạng NGN và PSTN. Kiến trúc này sẽ phải dựa nhiều vào các gateway
giữa mạng NGN và PSTN. Chúng không chỉ có chức năng kết nối đơn thuần
mà còn phải cho phép chuyển đổi báo hiệu giữa hai mạng.
18


Vì NGN thực chất là một mạng gói hoạt động dựa trên giao thức IP nên
trong phần này chúng ta sẽ xem xét sơ lược về việc kết nối báo hiệu giữa
mạng PSTN và mạng IP.
1.2.1. Sơ lược về báo hiệu trong PSTN
PSTN phát triển cùng với rất nhiều giao thức khác nhau phản ánh những
kỹ thuật phổ biến nhất trong giai đoạn đó. Ví dụ, kỹ thuật xung quay số ( Dial
Pulse) đã được thay thế bằng MFC. Đó là một kiểu báo hiệu “trong băng” hay
còn gọi là báo hiệu kênh riêng CAS (Channel Associated Signalling), sử dụng
cùng một mạng để truyền báo hiệu và tín hiệu thoại. Kỹ thuật báo hiệu trong
băng được thay thế bởi mạng SS7 vào những năm 1970. Giao thức SS7 trao
đổi thông tin giữa các phần tử trong mạng PSTN bằng cách sử dụng các tuyến
dành riêng để truyền các bản tin báo hiệu đặc biệt. Kiểu báo hiệu này được

gọi là báo hiệu “ngoài băng” hay báo hiệu kênh chung CCS (Common
Channel Signalling), bởi vì mạng báo hiệu được tách biệt ra khỏi mạng truyền
tải thoại. Sự tách biệt này làm tăng đáng kể chất lượng dịch vụ của mạng bằng
cách làm tăng số đường dây và trung kế rỗi để thiết lập được nhiều cuộc gọi
hơn, và bằng cách cho phép truyền được nhiều dữ liệu hơn với tốc độ cao
hơn. Báo hiệu ngoài băng cũng cho phép thực hiện các chức năng của mạng
thông minh IN bằng cách cho phép truy nhập vào các cơ sở dữ liệu đặc biệt
được sử dụng bởi mạng IN. Những dịch vụ giá trị gia tăng này gồm: di động
số nội hạt (LNP – local number portability), chuyển tiếp cuộc gọi, nhận dạng
chủ gọi, định tuyến cuộc gọi... Những đặc điểm miêu tả trên liên quan đến
mạng báo hiệu trung kế (liên đài). PSTN cũng có thể thông tin trực tiếp với
các thuê bao được kết nối từ xa tới các mạng truy nhập mà đựơc nối với
PSTN thông qua các giao thức truy nhập như V5.2, GR – 303... Các thuê bao
được kết nối tới mạng truy nhập cũng có thể có được các đặc tính và dịch vụ
giá trị gia tăng như các thuê bao được kết nối trực tiếp tới mạng PSTN thông
qua các trung kế PRI.

19


Các cuộc gọi thoại qua PSTN là trên cơ sở chuyển mạch kênh, có nghĩa
là một kênh truyền dẫn từ đầu cuối tới đầu cuối dành riêng được mở qua
mạng cho mỗi cuộc gọi. Những kênh dành riêng này bao gồm một đường vật
lý từ thuê bao đến tổng đài. Trên quan điểm đó, các bộ ghép kênh số được sử
dụng để tăng khả năng truyền dẫn . Các kênh dành riêng cho mỗi cuộc gọi
thực hiện các kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA hay phân
chia theo tần số FDMA [1].
1.2.2. Báo hiệu trong mạng IP
Ngược lại với mạng chuyển mạch kênh PSTN, mạng IP là một mạng
phân tán trên cơ sở gói. Không có kênh dành riêng nào được tạo ra cho việc

truyền dẫn mỗi bản tin dữ liệu. Các bản tin dài được chia tách thành các gói
tin ngắn, mỗi gói tin đều chứa địa chỉ đến. Các gói tin được truyền qua các
nút trung gian (router), nơi mà chúng được lưu giữ trong thời gian ngắn trước
khi được truyền tới node tiếp theo. Vì tuyến hiệu quả nhất qua Internet có thể
thay đổi qua vài tuyến truyền dẫn nên mỗi gói tin có thể đi qua một tuyến
khác nhau để đi đến địa chỉ đích.
Báo hiệu được sử dụng trong thế hệ đầu tiên của các sản phẩm VoIP bị
giới hạn bởi chức năng của nó. Các thủ tục thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi cơ
bản đều có thể thực hiện, nhưng các dịch vụ PSTN/IN lại chưa thể tiếp cận
được. Như các phương thức báo hiệu cũ của PSTN, luồng dữ liệu và thông tin
báo hiệu được mang trên cùng một mạng IP. Luồng dữ liệu, đã được phân
chia thành các gói tin như đã mô tả ở trên, được truyền tải bằng giao thức
truyền tải thời gian thực RTP. Cấu trúc của các gói tin được xác định bằng
giao thức IP.
Bên cạnh đó, vì mạng IP là một mạng chuyển mạch gói không hướng kết
nối nên các gói tin riêng biệt của mỗi tín hiệu thoại di chuyển qua các tuyến
đường khác nhau để rồi phải được tổng hợp theo đúng thứ tự tại đích đến cuối

20


cùng. Đặc điểm này cho phép sử dụng nguồn tài nguyên mạng hiệu quả hơn
mạng PSTN nhưngđồng thời cũng làm tăng nguy cơ mất gói.
Thông tin báo hiệu được sử dụng trong mạng gói IP dựa trên các giao
thức đang phát triển. H.323 là một trong những giao thức chuẩn đầu tiên để
báo hiệu trong mạng VoIP. Các chuẩn giao thức đang được phát triển khác
bao gồm: SIP, MGCP, MEGACO....
Trong mạng IP, thông tin báo hiệu được truyền giữa các phần tử chức
năng sau:
- Media Gateway: một MG sẽ kết cuối các cuộc gọi thoại trên các trung

kế liên đài từ mạng PSTN, nén và đóng gói dữ liệu, và phân phát các gói tin
này trên mạng IP. Đối với các cuộc gọi xuất phát từ mạng IP, MG thực hiện
những chức năng này theo thứ tự ngược lại. Đối với các cuộc gọi ISDN từ
mạng PSTN, thông tin báo hiệu chuẩn Q.931 được truyền từ MG tới MGC để
xử lý.
- Media Gateway Controller: một MGC thực hiện việc đăng ký và quản
lý các tài nguyên tại các MG. Một MGC trao đổi các bản tin ISUP với các
tổng đài trung tâm thông qua các SG.
- Signalling Gateway: một SG cung cấp sự kết nối trong suốt giữa mạng
IP và mạng chuyển mạch gói. Một SG có thể nhận hay biên dịch và chuyển
tiếp tín hiệu báo hiệu SS7 qua mạng IP tới một MGC hay tới các SG khác.
Bởi vì tầm quan trọng của nó trong mạng, các SG thường được triển khai
thành nhóm hai hoặc ba để đảm bảo độ dự phòng cao.
1.2.3. Kết nối báo hiệu giữa mạng PSTN và mạng IP
Như đã thấy ở trên, chúng ta thấy rằng Signalling Gateway báo hiệu
chính là câu trả lời cho việc kết nối giữa mạng IP và mạng PSTN. SG cung
cấp sự kết nối trong suốt giữa mạng IP và mạng chuyển mạch gói. Một SG có
thể nhận hay biên dịch và chuyển tiếp tín hiệu báo hiệu SS7 qua mạng IP tới
một MGC hay tới các SG khác. Việc thông tin giữa SG và MGC thì hầu như
21


hoàn toàn dựa vào giao thức SIGTRAN – một giao thức được nhóm nghiên
cứu của IETF đưa ra.
SIGTRAN cho phép truyền tải trong suốt các giao thức báo hiệu trên cơ
sở gói qua mạng IP. Nó cũng định nghĩa các phương thức đóng gói, cơ chế
giao thức đầu cuối tới đầu cuối và sự sử dụng các khả năng của IP để hỗ trợ
các yêu cầu về hiệu năng và chức năng cho báo hiệu. Nó có thể được sử dụng
để truyền báo hiệu mạng chuyển mạch kênh giữa một SG và một MGC, hay
giữa MG và MGC, giữa các MGC phân tán, hay giữa hai SG kết nối các điểm

báo hiệu hay điểm chuyển tiếp báo hiệu trong mạng chuyển mạch kênh. Được
định nghĩa như vậy, SIGTRAN có thể hỗ trợ việc đóng gói và vận chuyển rất
nhiều các giao thức khác nhau của mạng chuyển mạch kênh. Nó cũng độc lập
với bất cứ chức năng biên dịch báo hiệu mạng chuyển mạch kênh nào diễn ra
tại điểm báo hiệu [5].
1.3. Kết luận
Chương 1 đã trình bày một số vấn đề tổng quan về mạng NGN như:
khái niệm, kiến trúc mạng, các thành phần cơ bản của mạng NGN… Ngoài ra
chương này cũng đã đề cập đến những vấn đề cơ bản để kết nối báo hiệu giữa
mạng hiện tại và mạng NGN.

22


CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG BÁO HIỆU SỐ 7
Ngày nay, hệ thống báo hiệu số 7 được xác định như là một kỹ thuật cơ
bản và rất quan trọng để truyền tải thông tin báo hiệu giữa các mạng thoại di
động và cố định, các mạng gói cũng như là giữa các mạng thông minh. Chồng
giao thức báo hiệu số 7 được chuẩn hoá bởi ITU-T và ANSI cho phép kết nối
bất kỳ nhà cung cấp nào trên bất cứ mạng nào.
Gần đây, IP đã nổi lên như là một sự thay thế hiệu quả và chi phí thấp
cho hệ thống SS7 trong việc truyền tải thông tin báo hiệu trong mạng thế hệ
mới NGN. Sử dụng IP như là một cơ chế truyền tải báo hiệu cho phép hệ
thống mạng đáp ứng được với sự bùng nổ nhu cầu về băng thông tạo ra bởi
ứng dụng mới.
Tuy nhiên, chúng ta không thể ngay lập tức thay thế và loại bỏ cơ sở hạ
tầng mạng hiện tại. Triển khai mạng NGN, chúng ta phải tiến hành từng bước,
và phải tính đến việc tương thích với mạng hiện tại. Điều đó cũng có nghĩa là
chúng ta không thể thay thế ngay báo hiệu SS7 bằng công nghệ IP mà phải

tính đến một giải pháp cho phép truyền tải báo hiệu số 7 trên nền IP.
2.1. Giới thiệu chung về báo hiệu và hệ thống báo hiệu số 7
Trong mạng viễn thông, báo hiệu được coi là một phương tiện để chuyển
thông tin và các lệnh từ điểm này đến điểm khác. Các thông tin và các lệnh
này có liên quan đến quá trình thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi.
Thông thường báo hiệu được chia làm hai loại : Báo hiệu đường thuê
bao và báo hiệu liên tổng đài. Báo hiệu đường thuê bao là báo hiệu giữa các
máy đầu cuối tức là giữa máy điện thoại và tổng đài nội hạt. Báo hiệu liên
tổng đài là báo hiệu giữa các tổng đài với nhau.
Báo hiệu liên tổng đài gồm hai loại: Báo hiệu kênh riêng CAS (Channel
Associated Signalling) và báo hiệu kênh chung CCS (Common Channel
Signalling).
23


Báo hiệu kênh riêng là hệ thống báo hiệu trong đó báo hiệu nằm trong
kênh tiếng hoặc trong một số kênh có liên quan chặt chẽ với kênh tiếng. Hệ
thống báo hiệu này có nhược điểm là tốc độ thấp, dung lượng thông tin bị hạn
chế, chính vì vậy mà không đáp ứng được yêu cầu của các dịch vụ mới.
Báo hiệu kênh chung là hệ thống báo hiệu trong đó báo hiệu nằm trong
một kênh tách biệt với các kênh tiếng và kênh báo hiệu này được sử dụng
chung cho một số lượng lớn các kênh tiếng. Trong báo hiệu CCS, thông tin
báo hiệu cần truyền được tạo thành các đơn vị tín hiệu gọi là các gói số liệu.
Ngoài các thông tin về báo hiệu, trong đơn vị báo hiệu còn có các chỉ thị về
kênh tiếng và các thông tin địa chỉ, thông tin điều khiển lỗi, thông tin quản trị
và vận hành mạng.
Hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7 hay SS7) là một hệ thống báo hiệu kênh
chung được Hội đồng tư vấn về Điện báo và Điện thoại quốc tế (CCITT, nay
là ITU – T) đưa ra những năm 79/80, được thiết kế tối ưu cho mạng quốc gia
và quốc tế sử dụng trung kế số. Tốc độ của đường báo hiệu đạt 64kbps. Trong

thời gian này, mô hình tham chiếu các hệ thống mở OSI cũng đã được phát
triển tương đối hoàn chỉnh và được áp dụng cho báo hiệu số 7 [4].
Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế không những chỉ cho điều khiển
thiết lập, giám sát các cuộc gọi điện thoại mà cả các dịch vụ phi thoại, với các
ưu điểm sau đây :
- Tốc độ cao : thời gian thiết lập gọi giảm đến nhỏ hơn 1s trong hầu hết
các trường hợp.
- Dung lượng lớn : mỗi đường báo hiệu có thể mang báo hiệu cho đến
vài trăm cuộc gọi đồng thời.
- Độ tin cậy cao : bằng cách sử dụng các tuyến dự phòng, mạng báo
hiệu có thể hoạt động với độ tin cậy cao.

24


- Tính kinh tế : so với hệ thống báo hiệu truyền thống, hệ thống báo
hiệu số 7 cần rất ít thiết bị báo hiệu.
- Tính mềm dẻo : hệ thống gồm rất nhiều tín hiệu, do vậy có thể sử
dụng cho nhiều mục đích khác nhau, đáp ứng được với sự phát triển
của mạng trong tương lai [4].
2.2. Cấu trúc hệ thống mạng báo hiệu số 7
2.2.1. Các thành phần chính của mạng báo hiệu số 7
a. Điểm báo hiệu (Signalling Points)
Mạng báo hiệu số 7 hoạt động song song với mạng truyền tải. Kiến trúc
mạng báo hiệu số 7 định nghĩa ba tập các node gọi là các điểm báo hiệu (SPs),
được kết nối với nhau bởi các tuyến báo hiệu. Mỗi một điểm báo hiệu SP
được phân biệt với nhau bởi một mã điểm báo hiệu nhị phân duy nhất. Tuỳ
theo vị trí của nó có thể là mã điểm gốc OPC (Originating Point Code) hay
mã điểm đích DPC (Destination Point Code).
SCP

SSP

STP

STP

SSP

SSP

STP

STP

SSP

SCP

Hình 2.1. Các thành phần của mạng báo hiệu số 7
- Điểm chuyển mạch dịch vụ (Service Switching Point – SSP)
SSP được kết hợp với các node chuyển mạch của mạng truyền tải và là
giao diện giữa mạng báo hiệu số 7 và mạng truyền tải. Trong mạng truyền tải
được điều khiển bởi báo hiệu số 7, tất cả các tổng đài, kể cả tổng đài trung
tâm và quá giang, đều được kết nối tới mạng báo hiệu số 7 thông qua các
25